我國殲20機(jī)身將裝備鈦合金整體框

對于戰(zhàn)斗機(jī)的結(jié)構(gòu)制造來說，最耗時最靠技術(shù)的部分，那非機(jī)身大框莫屬了，而且它還是整機(jī)上最為昂貴的零部件，不僅僅決定了整架戰(zhàn)斗機(jī)的性能好壞，還是控制其使用壽命最關(guān)鍵的一環(huán)。有些主力戰(zhàn)斗機(jī)，往往面對著一個一直以來都很難解決的難題，那就是如何平衡造價成本與提高性能之間的關(guān)系，畢竟鈦合金材料雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但是其加工困難的問題一直無法回避。特別是那些不惜成本追求性能的主力制空戰(zhàn)斗機(jī)，往往會采用難以加工的鈦合金作為材料，而這又進(jìn)一步引發(fā)了成本的增高和產(chǎn)能有限的矛盾。

對于戰(zhàn)斗機(jī)上的主要承力部件來說，純粹的3D打印鈦合金件至今依舊是不靠譜的玩意——這東西是鈦合金粉末堆積后，用激光燒融在一起再固化了，一點(diǎn)點(diǎn)堆出來的。單單想要靠3D打印金屬件來作為戰(zhàn)斗機(jī)上的主要承力部件，是沒有說服力的，畢竟鈦合金粉末堆積燒融之后得到的產(chǎn)物強(qiáng)度太低，結(jié)構(gòu)松散，殘留的未融化粉末和夾雜著的大量氣泡都是無法避免的問題，而因?yàn)榧庸み^程中產(chǎn)生的冷熱交替，繼而影響其內(nèi)部組織產(chǎn)生錯位等問題也使得這種材料無法大量的運(yùn)用在戰(zhàn)斗機(jī)上。結(jié)構(gòu)疏松夾雜大量氣泡和未融化粉末、驟熱驟冷引發(fā)材料內(nèi)部嚴(yán)重的組織錯位、應(yīng)力殘余都是從原理上無法避免的事情。

高性能戰(zhàn)斗機(jī)的大框，必須依靠鍛造在模具中形成基本的形狀；在長時間保持的巨大壓力下，高溫軟化的金屬毛坯像被大力揉壓的面團(tuán)一樣，內(nèi)部的疏松組織、氣泡、縫隙等缺陷都會全部被壓實(shí)消除掉。然而鍛造出來的產(chǎn)品，還要經(jīng)過數(shù)百工時的加工，去掉多余的部分，使之完全符合設(shè)計(jì)形狀尺寸，并進(jìn)行熱處理等后續(xù)工藝，通過質(zhì)量檢驗(yàn)才算生產(chǎn)完成。國內(nèi)在2013年之前，國內(nèi)能投入使用的僅有一臺3萬噸的模鍛壓機(jī)；其鍛造能力為鋁合金件最大投影面積不能超過2平米，鈦合金件投影面積不能超過1.2平米。而這個水平，是完全不足以完成殲20這樣的雙發(fā)重型戰(zhàn)斗機(jī)的鈦合金大框一體化鍛造的。在這種限制下，殲20的鈦合金大框，只能在設(shè)計(jì)上先分成幾個鍛件，分別鍛造好以后，再用電子束焊接工藝連接成一個整體。這個工藝源于中國引進(jìn)蘇27時獲得的全套技術(shù)體系，同樣是當(dāng)年蘇聯(lián)大型鈦合金件鍛造能力遠(yuǎn)不如美國時搞出來的變通辦法。而在2013年4月10日，中國二重集團(tuán)研發(fā)的世界最大的8萬噸模鍛壓機(jī)成功的實(shí)現(xiàn)了試生產(chǎn)。中國在大型航空航天鍛造件的制造能力上有了本質(zhì)性的突破，達(dá)到世界最頂級水平。而對于殲20來說，這意味著它能夠采用一次完整成型的鈦合金大框，其壽命將獲得巨大的突破。由于殲20前幾架原型機(jī)的制造，來不及等8萬噸模壓機(jī)的投入使用，加上8萬噸模鍛壓機(jī)也不太可能在試生產(chǎn)之初性能狀態(tài)還不穩(wěn)定的情況下，就應(yīng)用于殲20大框的生產(chǎn)；因此可以推測，裝備鈦合金整體框的殲20應(yīng)該是在2014年開始投入生產(chǎn)的。

由中國自主研發(fā)制造的機(jī)器一經(jīng)問世就坐穩(wěn)了世界最大模鍛壓機(jī)的寶座，這個突破不僅僅推動我國大型航空航天鍛造件的制造能力大跨步地上升了一個臺階，更預(yù)示著我國將在不久的未來自己生產(chǎn)一體式的戰(zhàn)斗機(jī)鈦合金大框。從目前的情況看，有理由相信交付空軍使用的殲20均已采用整體鈦合金大框，其結(jié)構(gòu)壽命遠(yuǎn)比早期的原型機(jī)要出色。